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基于高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌分析

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Journal of Southeast University(English Edition) 2023年第4期39卷 361-371页

作者：丁润民范圣刚东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189 东南大学土木工程学院南京211189

为探究火灾下钢框架结构的整体行为反应和连续倒塌机制,对一个1∶2缩尺钢框架结构开展了角部房间受火工况下的连续倒塌试验,获得了火灾发展全过程的空气温度-时间曲线、构件温度-时间曲线和框架位移-时间曲线,以及火灾下钢框架结构的连... 详细信息

为探究火灾下钢框架结构的整体行为反应和连续倒塌机制,对一个1∶2缩尺钢框架结构开展了角部房间受火工况下的连续倒塌试验,获得了火灾发展全过程的空气温度-时间曲线、构件温度-时间曲线和框架位移-时间曲线,以及火灾下钢框架结构的连续倒塌破坏模式.基于组件法构建了栓焊节点的高温组件模型,推导了高温下栓焊节点弯矩-转角曲线的双折线数学模型.在此基础上,建立了包含栓焊节点高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌有限元分析模型,通过与连续倒塌试验结果进行对比,验证了有限元分析模型的准确性,并揭示了火灾下钢框架结构的连续倒塌机制.研究结果表明,钢框架结构在角部房间受火工况下,角柱虽然应力比最低,但由于受到的轴向约束远小于内柱和边柱,将率先丧失承载能力,并退出工作,引发钢框架结构连续倒塌破坏.

关键词：火灾组件模型栓焊节点连续倒塌钢框架

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桥梁顶升施工中钢抱箍节点受力性能分析

建筑钢结构进展 2022年

作者：吴启恂周航康雪成范圣刚秦颖东南大学土木工程学院北京特希达科技有限公司

近年来，随着国家铁路桥梁的迅速发展，桥梁顶升施工的应用越发广泛。钢抱箍支承结构具有可循环使用、拆卸便捷、不损伤原结构等特点，将钢抱箍支承结构应用于桥梁顶升施工中，不仅能节约巨大的支撑成本，施工方便，并且其适用范围广，...

近年来，随着国家铁路桥梁的迅速发展，桥梁顶升施工的应用越发广泛。钢抱箍支承结构具有可循环使用、拆卸便捷、不损伤原结构等特点，将钢抱箍支承结构应用于桥梁顶升施工中，不仅能节约巨大的支撑成本，施工方便，并且其适用范围广，尤其针对高墩高支模等情况，其优越性尤为突出。基于某铁路桥梁圆形混凝土墩柱支座更换工程，本文提出了两种新型钢抱箍连接节点，并对其设计原则和设计参数进行了分析；利用ABAQUS软件建立了两种节点的准确有限元模型，对钢抱箍节点受力性能开展数值模拟分析，结果表明：两种新型连接节点的承载力及变形均能够满足工程设计要求。本文的研究结果为今后同类工程分析与设计提供了参考依据。

关键词：

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桥梁顶升施工中钢抱箍节点受力性能分析

建筑钢结构进展 2022年第10期24卷 88-96页

作者：刘美景康雪成范圣刚秦颖东南大学成贤学院土木工程系南京210088 北京特希达科技有限公司北京100011 东南大学土木工程学院南京211189

近年来,随着国家铁路桥梁的迅速发展,桥梁顶升施工的应用越发广泛。钢抱箍支承结构具有可循环使用、拆卸便捷、不损伤原结构等特点,将钢抱箍支承结构应用在桥梁顶升施工中,不仅能节约巨大的支撑成本,施工方便,并且其适用范围广,尤其针... 详细信息

近年来,随着国家铁路桥梁的迅速发展,桥梁顶升施工的应用越发广泛。钢抱箍支承结构具有可循环使用、拆卸便捷、不损伤原结构等特点,将钢抱箍支承结构应用在桥梁顶升施工中,不仅能节约巨大的支撑成本,施工方便,并且其适用范围广,尤其针对高墩高支模等情况,其优越性尤为突出。基于某铁路桥梁圆形混凝土墩柱支座更换工程,提出了两种新型钢抱箍连接节点,并对其设计原则和设计参数进行了分析;利用ABAQUS软件建立了两种节点的准确有限元模型,对钢抱箍节点受力性能开展数值模拟分析,结果表明:两种新型连接节点的承载力及变形均能够满足工程设计要求。研究结果可为今后同类工程提供参考。

关键词：钢抱箍节点桥梁顶升支座更换有限元分析

7075-T6高强铝合金轴心受压构件局部稳定试验研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第7期55卷 745-753页

作者：支新航王元清李贝贝张颖范圣刚欧阳元文清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 东南大学混凝土及预应力混凝土教育部重点实验室南京210096 上海通正铝结构建设科技有限公司上海200012 上海建科铝合金结构建筑研究院上海201612

为研究结构工程中高强铝合金轴心受力构件的局部稳定性能,对7个7075-T6铝合金H型截面短柱开展了轴心受压试验,测量了7075-T6铝合金的材料力学性能和试件的局部几何初始缺陷,分析了试件的破坏形态、局部屈曲承载力、极限承载力.试验结果... 详细信息

为研究结构工程中高强铝合金轴心受力构件的局部稳定性能,对7个7075-T6铝合金H型截面短柱开展了轴心受压试验,测量了7075-T6铝合金的材料力学性能和试件的局部几何初始缺陷,分析了试件的破坏形态、局部屈曲承载力、极限承载力.试验结果表明,7075-T6铝合金材料平均名义屈服强度达到536 MPa;试件翼缘与腹板的平均局部几何初始缺陷幅值分别为0.29%和0.04%,属于《铝合金建筑型材第1部分:基材》(GB/T 5237.1—2017)中的高精级构件.采用基于板件应变的“应变反转法”与基于板件位移的“N-w^(2)法”确定了构件的局部屈曲荷载,板件宽厚比越大,构件局部屈曲应力与极限应力越小,同时局部屈曲应力与极限应力的比值也越小,说明对于宽厚比大的板件,其局部屈曲后强度提升明显,设计中应予以利用.将构件的极限承载力的试验结果与各国规范计算值进行了对比,现行《铝合金结构设计规范》(GB 50429—2007)和欧洲规范(EN 1999-1-1:2007 Eurocode 9)均采用“有效厚度法”对铝合金板件屈曲后强度进行设计,美国规范(The Aluminum Design Manual 2015)基于全截面计算,通过材料强度折减,以考虑局部屈曲引起的截面承载力的降低.3个规范计算值与试验结果的平均比值分别为0.840、0.824和0.923,表明现行国家规范和欧洲规范均对7075-T6高强铝合金轴压构件的极限承载力的计算偏于保守,美国规范的计算结果更加准确.

关键词：高强铝合金轴压试验 H型截面短柱局部稳定

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基于钢塔架敏感性的连续倒塌分析与数值模拟

工程力学 2013年第4期30卷 322-330页

作者：范圣刚刘杰刘美景东南大学土木工程学院混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京210096 东南大学成贤学院土木工程系南京210088 成都基准方中建筑设计事务所成都610015

通过引入Pandey提出的敏感性指标,给出钢塔架关键杆件的识别方法。基于备用荷载路径设计法,对钢塔架结构在风荷载作用下的连续倒塌进行线弹性静力、非线性静力、线弹性动力、非线性动力等4种分析。结果表明:结构动力响应的大小取决于风... 详细信息

通过引入Pandey提出的敏感性指标,给出钢塔架关键杆件的识别方法。基于备用荷载路径设计法,对钢塔架结构在风荷载作用下的连续倒塌进行线弹性静力、非线性静力、线弹性动力、非线性动力等4种分析。结果表明:结构动力响应的大小取决于风荷载作用方向及关键杆件出现的位置;线弹性静力分析是偏于保守,非线性动力分析是更加精确的;建议采用非线性动力方法对钢塔架进行连续倒塌评估。通过失效杆件的等效反力卸载过程,模拟钢塔架连续倒塌的动力过程,提出了等效反力的初始持续时间t0(考虑初始状态)和卸载时间tp的计算方法。

关键词：钢塔架连续倒塌备用荷载路径设计法关键杆件敏感性风荷载

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高强度螺栓受剪连接抗火性能试验研究

东南大学学报（自然科学版） 2012年第6期42卷 1180-1186页

作者：范圣刚舒赣平霍昌盛东南大学土木工程学院南京210096 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京210096 上海核工程研究设计院上海200233

为了考察高强度螺栓受剪连接的抗火性能,用试验方法研究了其在高温状态下和过火冷却后的抗剪性能与行为反应.通过稳态升温试验,对5组(共8个)试件开展了火灾试验,研究了滑移荷载与极限荷载随温度的变化规律;通过常温下试验,研究了6组(共1... 详细信息

为了考察高强度螺栓受剪连接的抗火性能,用试验方法研究了其在高温状态下和过火冷却后的抗剪性能与行为反应.通过稳态升温试验,对5组(共8个)试件开展了火灾试验,研究了滑移荷载与极限荷载随温度的变化规律;通过常温下试验,研究了6组(共15个)过火后试件的受力性能,揭示了过火温度、过火处理方法和冷却方式对滑移荷载的影响.结果表明:当温度超过350℃时,滑移荷载与极限荷载随温度升高急剧下降;过火温度越高,冷却后试件的滑移荷载值越小,且不同过火处理和冷却方式的试件滑移荷载值是不相同的.拟合出了高温下滑移荷载与极限荷载折减系数以及过火后滑移荷载折减系数的近似计算公式,建议高强度螺栓受剪连接抗火分析的临界温度取350℃,为钢结构抗火研究提供参考依据.

关键词：高强度螺栓受剪连接抗火性能高温

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高温冷却后奥氏体不锈钢力学性能试验研究

浙江大学学报（工学版） 2017年第12期51卷 2348-2354页

作者：范圣刚张岁寒孟畅东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京210096 东南大学土木工程学院江苏南京210096

基于奥氏体不锈钢S30408材料,研究不同温度工况下冷却后不锈钢材料的力学性能.考察空气中自然冷却和浸水冷却这2种方式对材料力学性能的影响,获取高温冷却后不锈钢材料的力学性能指标(弹性模量、名义屈服强度、抗拉极限强度和断后延伸率... 详细信息

基于奥氏体不锈钢S30408材料,研究不同温度工况下冷却后不锈钢材料的力学性能.考察空气中自然冷却和浸水冷却这2种方式对材料力学性能的影响,获取高温冷却后不锈钢材料的力学性能指标(弹性模量、名义屈服强度、抗拉极限强度和断后延伸率等)与相应的折减系数,并将试验结果和已有同类试验结果进行对比.结果表明:不同温度工况对不锈钢材料应力-应变曲线中应变值较大(>20%)的区段有着较为显著的影响;当温度工况<600℃时,不同温度工况和不同冷却方式对不锈钢材料的力学性能影响较小;当温度工况≥600℃时,不同温度工况和不同冷却方式对材料的弹性模量、名义屈服强度和断后延伸率存在着影响,且材料的抗拉极限强度随温度升高略为增长,但不同冷却方式对材料的抗拉极限强度几乎没有影响.

关键词：奥氏体不锈钢力学性能高温冷却折减系数全寿命周期

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不锈钢轴心受压柱弯曲屈曲承载力分析

建筑结构学报 2013年第11期34卷 116-122页

作者：舒赣平郑宝锋范圣刚沈晓明东南大学土木工程学院江苏南京210096 苏州工业园区设计研究院有限责任公司江苏苏州215020

为给我国《不锈钢结构技术规范》中轴心受压柱弯曲屈曲稳定部分的编制提供依据,对国外已有的同类构件的设计方法和试验研究数据进行搜集和对比。结果表明:目前的欧洲不锈钢结构设计规范和美国冷成型不锈钢结构设计规范中计算该类构件的... 详细信息

为给我国《不锈钢结构技术规范》中轴心受压柱弯曲屈曲稳定部分的编制提供依据,对国外已有的同类构件的设计方法和试验研究数据进行搜集和对比。结果表明:目前的欧洲不锈钢结构设计规范和美国冷成型不锈钢结构设计规范中计算该类构件的公式均存在一定不足。依据搜集到的199个方管、矩形管、圆管、椭圆管、焊接H形钢和冷弯C型钢截面柱的试验数据,根据冷弯效应及残余应力对轴心受压构件稳定性能的影响,将构件依据截面形式分为A、B、C三类,其中方管、矩形管和冷弯C型钢为A类,圆管和椭圆管为B类,焊接H形钢为C类,三类轴心受压稳定曲线均采用Perry公式形式表达。与试验数据对比表明:采用三类曲线能较好地估算构件的稳定承载力且离散性较小。对提出的计算式进行可靠度分析,结果表明其可靠度指标β满足我国GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。

关键词：不锈钢柱轴心受压弯曲屈曲可靠度分析设计方法

新型单面螺栓梁柱外伸端板连接节点受力性能试验研究

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东南大学学报（自然科学版） 2020年第3期50卷 417-424页

作者：索雅琪范圣刚刘飞王坤东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189 东南大学土木工程学院南京211189 浙南万科房地产有限公司温州325000

为研究新型自紧高强单面螺栓SHSOB连接节点的受力性能,并与传统M20扭剪型高强螺栓连接节点进行对比,设计制作了3个方矩形钢管柱与H形钢梁的外伸式端板连接节点试件,包括2个SHSOB螺栓连接节点和1个M20螺栓连接节点,对各节点试件开展了静... 详细信息

为研究新型自紧高强单面螺栓SHSOB连接节点的受力性能,并与传统M20扭剪型高强螺栓连接节点进行对比,设计制作了3个方矩形钢管柱与H形钢梁的外伸式端板连接节点试件,包括2个SHSOB螺栓连接节点和1个M20螺栓连接节点,对各节点试件开展了静力加载试验.揭示了节点的受力性能与破坏模式,考察了新型SHSOB螺栓连接节点的转动刚度、承载力和螺栓群受力分布模式.结果表明,SHSOB螺栓连接节点的初始转动刚度低于M20螺栓连接节点,节点转角大于0.03 rad,满足美国规范FEMA-350对节点延性的要求.随着荷载的增加,端板受拉区应力先增大后趋于稳定.SHSOB螺栓连接节点属于半刚性节点,螺栓群受力分布模式与传统的高强螺栓相似,中和轴位于螺栓群形心附近,具有较好的工程适用性.

关键词：单面螺栓外伸端板梁柱连接节点转动刚度半刚性